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QR分解

QR分解

引理

  1. 对于任意的\(A\in C^{n\times n}\),若存在\(n\)阶正交矩阵\(Q\)\(n\)阶上三角矩阵\(R\),使得\(A=QR\),则称\(QR\)\(A\)\(QR\)分解。
  2. \(A\in C^{n\times n}\)可逆,则存在正交矩阵\(Q\)和正对角元的上三角矩阵\(R\),使得\(A=QR\),且表示式唯一。

备注:正交矩阵:\(A^{-1}=A^T\) QR分解定理 ,则A有QR分解: Q是mm的正交矩阵 R是nn的有非负对角元的上三角阵

当m=n,且A非奇异时,上述分解唯一。

计算QR分解的方法

备注: 计算A(j:m,j:n)=(I(m-j+1)-bvvT)A(j:m,j:n)时, I(m-j+1)-bvvT可以表示为:

QR分解的存储方法

用QR分解解线性方程组 \(Ax=b\) \(QRx=b\) \(Rx=Q^{-1}b\) \(x=R^{-1}Q^{-1}b\) \(x=R^{-1}Q^Tb\)

householder方法

利用Householder变换逐步将A化为上三角矩阵。

使用Gauss变换将矩阵化为上三角的理论依据————对于一个给定的向量x,可构造一个初等下三角阵L,使得\(Lx=ae_1\),其中\(e_1\)是I的第一列,a是实数。(I是单位矩阵)

householder变换目的: 求一个初等正交矩阵,使其具有矩阵L的功能。

使得: 可以通过一系列初等正交变换来完成矩阵的上三角化任务。

Householder变换

其中: I是单位矩阵 w是实的单位列向量(单位正交矩阵),\(ww^T=I\)

HouseHolder变换可以将一个向量映射到一个超平面上。

Householder变换的性质

  1. 对称性。\(H^T=H\)
  2. 正交性。\(H^TH=I\)
  3. 对合性。\(H^2=I\)
  4. 反射性(householder变换的物理意义):

Householder变换的用途

它能如Gauss变换一样,可以通过适当选取单位向量w,把一个给定向量的若干指定的分量变为零。 由以上定理可知,对于任意的x,都可以构造出Householder矩阵H,使得Hx的后n-1个分量为零。

Householder变换方法 计算某一行向量的houser变换: